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Série Tecnologia Mineral

Interação entre Cimentos Asfálticos e seus Constituintes com Agregados Minerais na Formação do Asfalto

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Presidência da República

Luiz Inácio Lula da Silva

José Alencar Gomes da SilvaVice-Presidente

Ministério da Ciência e Tecnologia

Sérgio RezendeMinistro da Ciência e Tecnologia

Luís Manuel Rebelo FernandesSecretário Executivo

Avílio FrancoSecretário de Coordenação das Unidades de Pesquisa

CETEM – Centro de Tecnologia Mineral

Adão Benvindo da LuzDiretor do CETEM

Ronaldo Luiz Correa dos SantosCoordenador de Processos Metalúrgicos e Ambientais

Fernando Antonio Freitas LinsCoordenador de Planejamento, Acompanhamento e Avaliação

João Alves SampaioCoordenador de Processos Minerais

Antonio Rodrigues CamposCoordenador de Apoio Tecnológico à Micro e Pequena Empresa

Arnaldo Alcover NetoCoordenador de Análises Minerais

Cosme Antonio de Moraes ReglyCoordenador de Administração

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Série Tecnologia MineralISSN - 0103-7382

STM-84

Interação entre Cimentos Asfálticos e seus Constituintes com Agregados Minerais na Formação do Asfalto

Roberto Carlos da C. RibeiroEngenheiro Químico pela UERJ, M.Sc. em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos pela Escola de Química da UFRJ, dou-torando em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos na Escola de Química da UFRJ.

Julio Cesar Guedes CorreiaPesquisador Titular do CETEM, Químico Industrial pela UFF, M.Sc. e D.Sc. em Engenharia Mineral pela USP.

Peter Rudolf SeidlPhD em Química pela University of California.

ISBN 85-7227-214-3

CETEM / MCT2005

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Série Tecnologia Mineral

Mario Valente PossaEditor

Roberto de Barros Emery TrindadeSubeditor

Conselho EditorialArnaldo Alcover Neto (CETEM), Cláudio Schneider (CETEM), Fernando Freitas Lins (CETEM), Regina Carrisso (CETEM), Reiner Neumann (CE-TEM), Ronaldo Luiz Correia dos Santos (CETEM), Achilles Junqueira Bourdot Dutra (UFRJ), Antonio E. Clark Peres (UFMG), José Aury de Aquino (CDTN), José Farias de Oliveira (UFRJ), Lino Rodrigues de Freitas (CVRD), Luciano Tadeu da Silva Ramos (CVRD), Mário Rui Machado Leite (IGM-Portugal), Maurício Leonardo Torem (PUC-Rio).

A Série Tecnologia Mineral publica trabalhos na área mínero-metalúrgica. Tem como objetivo principal difundir os resultados das investigações técnico-científi cas decorrentes dos projetos desenvolvidos no CETEM.

O conteúdo deste trabalho é de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es).

Jackson de Figueiredo Neto Coordenação editorial

Thatyana Pimentel Rodrigo de FreitasRevisão

Ana Sofia MarizCapa e editoração eletrônica

5

Sumário

Resumo | Abstract > 6

1. Introdução > 9

2. Objetivo > 12

3. Materiais e Métodos > 13

3.1 Extração dos Asfaltenos e Maltenos > 133.2 Ensaios de adsorção > 143.3 Caracterização dos agregados minerais > 153.4 Análise Química via Difração por raios-X > 153.5 Análise Granulométrica > 153.6 Abrasão (Los Angeles) > 153.7 Lameralidade > 163.8 Moldagem dos Corpos de Prova de Asfalto > 173.9 Método aashto t 283/89 – lottman > 17

4. Resultados e Discussão > 19

4.1 Ensaios de adsorção > 194.2 Caracterização dos Agregados Minerais > 234.3 Análise Química via difração de raios-X > 234.4 Análise Granulométrica > 244.5 Abrasão (Los Angeles) > 244.6 Lameralidade > 254.7 Moldagem dos Corpos de Prova de Asfalto > 26

5. Conclusões > 31

6. Referências Bibliográficas > 32

Resumo

O desempenho dos pavimentos asfálticos de-

pende amplamente das propriedades e pro-

porções dos seus constituintes, ou seja, do

agregado mineral e do cimento asfáltico. O

agregado mineral constitui cerca de 95% do

peso das misturas asfálticas, tendo assim uma

importante infl uência nas propriedades e no

desempenho dessas misturas. O cimento asfál-

tico de petróleo (CAP) corresponde ao menor

percentual na composição do asfalto, mas é

o responsável principal pela adsorção com os

agregados minerais.

A falta de informações precisas sobre a in-

fl uência dos agregados minerais, bem como

dos constituintes do cimento asfáltico, para

o desempenho das misturas asfálticas indica

a necessidade de estudos detalhados de suas

propriedades para formação de um asfalto de

melhor qualidade.

Sendo assim, o objetivo deste estudo é ava-

liar a interação entre diferentes cimentos as-

fálticos e seus constituintes, asfaltenos e mal-

tenos, com agregados minerais na formação

do asfalto. Para a execução deste trabalho

utilizaram-se quatro diferentes cimentos as-

fálticos brasileiros, que serão chamados de

A, B, C e D, e um agregado mineral basáltico

da região de São Carlos – SP. Foram realiza-

dos ensaios de adsorção e resistência à tração

(LOTTMAN) entre o conjunto de agregados

minerais e os CAPs.

Os resultados de adsorção indicaram que os

asfaltenos adsorvem preferencialmente os

agregados minerais, chegando a valores em

Abstract

The asphaltic pavements performance de-

pends mostly on the properties and pro-

portions of mineral aggregate and asphaltic

cement, which are their main components.

The mineral aggregate cons titutes approxi-

mately 95% of the weight in asphaltics mix-

tures, having an important infl uence on those

mixtures properties and performance. The as-

phaltic cement corresponds a minor percenta-

ge in asphalt composition. However, it is the

main responsible for adsorbing with mineral

aggregates.

The lack of precise information on mineral

aggregate infl uence in asphaltic moistures

performance indicates that detailed studies

of its properties and the asphaltic cement

components infl uence in mineral aggregates

are necessary.

Therefore, this work objective is to create a

way to evaluate interaction between asphaltic

cement and its components, asphaltenes

and maltenes, with mineral aggregates in

asphalt formation. Thereby, it is possible to

determinate which of the asphaltic cement

components will exercise an infl uence in

the adsorption with the aggregate and

meanwhile, to adequate the best asphaltic

cement to each mineral aggregate studied.

To execute this work, four different asphaltic

cements were used and one basaltic mineral

aggregate from São Carlos – SP, Brazil. The

interaction between cement asphaltic and

mineral aggregate was studied by adsorption

and resistance studies (LOTTMAN).

torno de 6,5mg/g de adsorção em concen-

trações de CAP a partir de 16mg/L e que os

maltenos atrapalham tal processo, chegando

a valores em torno de 0,4mg/g de adsorção

nas mesmas concentrações de CAP.

Os ensaios de resistência à tração corroboram

os resultados de adsorção e indicam que o ci-

mento asfáltico A apresenta melhor desem-

penho, sendo considerado o CAP indicado na

produção de um asfalto de melhor qualidade

com o agregado em questão.

Palavras-Chave: agregados minerais, asfalto,

cimentos asfálticos.

Results obtained show that asphaltenes

adsorbed preferentially with mineral

aggregates than maltenes. Therefore, it

is conclusive that the adsorption method

utilized may be employed in different

asphaltic cement ranking to form asphalt,

since the rank obtained adapts to the

traction resistance results. This essay may be

utilized to adapt the best asphaltic cement to

different mineral aggregates from different

country regions, obtaining a higher quality

and durability asphalt.

Key words: minerals, asphalt, asphaltic

cemet.

8

9

1. Introdução

Durante o processo de destilação do petróleo, forma-se um resí-duo no fundo da torre de destilação à vácuo que é defi nido como cimento asfáltico de petróleo (CAP). Este material, ob-tido involuntariamente, foi considerado um grande problema ambiental durante os primeiros anos de funcionamento das re-fi narias, uma vez que os produtos principais a serem extraídos eram os combustíveis, sem que houvesse preocupações com os subprodutos gerados (JOHN et al, 2000).

No Brasil especifi cam-se quatro tipos de CAPs, classifi cados por penetração: CAP 30/45, CAP 50/60, CAP 85/100 e CAP 150/200 que, oriundos de petróleos venezuelanos, se destinam exclu-sivamente aos produtos asfálticos da Fábrica de Lubrifi cantes do Nordeste – LUBNOR e da Refi naria Landulfo Alves Mataripe (RELAM). A classifi cação brasileira, com base na viscosidade a 60ºC, engloba os seguintes tipos de CAPs: CAP 7, CAP 20 e CAP 40 e se destina aos produtos asfálticos oriundos de mis-turas de petróleos brasileiros, argentinos, árabes e venezuela-nos (LEITE, 1999).

Baseado nisto, classifi ca-se como asfalto o produto obtido pe-la compactação de agregados minerais com o subproduto da torre de destilação do petróleo, que é defi nido como cimento asfáltico de petróleo (CAP) (LEITE et al, 2002).

Estudos mais aprofundados dos CAPs no campo da modelagem molecular (MURGICH et al, 1995) identifi caram a presença de duas estruturas principais em sua constituição: os asfaltenos e os maltenos.

As defi nições de asfaltenos e maltenos não são muito precisas. Normalmente, os critérios que estabelecem a caracterização dos mesmos baseiam-se na solubilidade em uma série de n-al-canos. De uma maneira geral, rotula-se como asfalteno uma substância aromática de alto peso molecular, comumente en-contrada no petróleo e em borras de petróleo, sendo insolúvel

10

em n-heptano. É esta insolubilidade que os distingue dos mal-tenos. Ambos, no entanto, são solúveis em benzeno, clorofór-mio e dissulfeto de carbono (MOORE et al, 1965).

Durante as cinco primeiras décadas do século XX, o transporte popular e industrial no Brasil estava baseado principalmente em bondes, carroças e ferrovias, sendo as ruas e vias principais de escoamento dos produtos constituídas por paralelepípedos ou barro batido. Em 1953, com a criação da PETROBRAS, a pro-dução de combustíveis e subprodutos da destilação do petró-leo cresceu aceleradamente (MANSUR, 1990).

A partir dessa época, as ruas e estradas começaram a ser maciça-mente asfaltadas, aumentando-se o número de rodovias que interligavam diferentes regiões do Brasil, concretizando o sis-tema rodoviário como o principal meio de transporte do país. Paralelamente a estes fatos ocorria um acelerado crescimento populacional e com ele uma necessidade cada vez maior de consumo e comodidades. Para atender essa demanda, cada vez mais caminhões transportavam produtos nas rodovias. Os transportes em massa aumentavam aceleradamente e, com o aumento do poder aquisitivo da população, houve um au-mento de carros de passeio (MANSUR, 1990). Essa “grande explosão” de veículos ocasionou grandes danos aos asfaltos, como trincas, buracos e desprendimentos dos solos, já que os mesmos não foram construídos para suportar a tração que vi-nham sofrendo.

Hoje em dia, verifi ca-se que, mesmo após inúmeros consertos nas pistas de asfalto em ruas ou rodovias, o problema volta a aparecer após alguns meses ou até mesmo dias. Um exemplo freqüente ocorre nas proximidades dos pontos de ônibus das grandes cidades, que não estão preparados para suportar a alta tração gerada por estes veículos nessa região, pois se observa a formação de grandes ondulações fora da pista, que acabam por se desprenderem do solo, podendo ocasionar algum aci-dente de trânsito ou a algum pedestre.

11

Esse e muitos outros problemas ocorrem com o asfalto devido à falta de estudos mais aprofundados na interação entre seus constituintes.

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2. Objetivo

O objetivo principal deste estudo foi verifi car qual dos constituin-tes do cimento asfáltico de petróleo (CAP) é o principal res-ponsável pela interação com agregados minerais na formação do asfalto por meio de ensaios de adsorção, desenvolvidos e patenteados por nosso grupo de pesquisas (PI 012384), e en-saios de resistência mecânica (LOTTMAN). Dessa forma pre-tende-se verifi car a relação entre os resultados químicos, do ensaio de adsorção, com os valores físicos, do ensaio de resis-tência mecânica.

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3. Materiais e Métodos

Segundo LEITE et al (2002), São Paulo é o estado que mais con-some cimentos asfálticos para pavimentações no Brasil (cerca de 45% do mercado). Sendo assim, o agregado mineral sele-cionado foi o basalto proveniente das pedreiras Bandeirantes Ltda, localizadas na zona rural de São Carlos – SP. A amostra era constituída por cerca de 300kg de brita 1, 300kg de pedris-co, 300kg de pó de pedra e 300kg de areia.

Quanto aos cimentos asfálticos, utilizaram-se quatro diferentes CAPs provenientes do petróleo nacional, que serão chamados de A, B, C e D.

3.1 Extração dos Asfaltenos e MaltenosPara extração dos asfaltenos e maltenos, foi aplicada uma adaptação da norma IP-143, que descreve a metodologia pa-ra quantifi cação destas frações pesadas em petróleo. Este ensaio é padronizado pelo Institute of Petroleum (Standard Methods for Analysis and Testing of Petroleum and Related Products – vol. 1 IP143).

O método consistiu em misturar 5g de cimento asfáltico com n-heptano na razão 1:40. A solução foi mantida sob refl uxo a 60ºC, em aparelhagem Soxhlet, por cinco dias, tempo sufi cien-te para que o solvente se tornasse incolor. Após esse tempo, o material foi retirado da aparelhagem e fi ltrado. O sólido re-tido no fi ltro foi submetido a lavagens com n-heptano. Neste ponto, o solvente foi substituído por tolueno para extração dos asfaltenos. Em seguida o tolueno foi evaporado em roto-eva-porador sob vácuo a uma temperatura de 40ºC.

Quanto aos maltenos, estes foram recuperados a partir da eva-poração do heptano proveniente da solução residual da extra-ção em Soxhlet, seguindo os mesmos procedimentos utilizados com os asfaltenos.

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De posse dos constituintes isolados do cimento asfáltico, preparou-se soluções 1,0% p/v dos mesmos em tolueno, de onde foram retiradas diferentes alíquotas para os ensaios de adsorção.

3.2 Ensaios de adsorçãoPrimeiramente elaborou-se uma curva de calibração utilizan-do-se as soluções de CAPs, maltenos e asfaltenos de concen-tração 1,0% p/v, dos quais se retiraram alíquotas para preparo de soluções com as seguintes concentrações: 0,0005, 0,001 e 0,005mg/L em tolueno. Essas soluções foram analisadas em um espectrofotômetro de Ultravioleta – visível, marca LAMOTTE, modelo SmartSpectro/spectrol, em comprimento de onda fi xo em 402nm (GONZÁLES e MIDDEA, 1987), obtendo-se assim a curva de calibração (concentração inicial versus absorbância) para cada CAP e seus respectivos constituintes. A partir daí, pe-la lei de Beer, pôde-se obter equações de reta que foram em-pregadas para se verifi car os valores de adsorção do CAP, ou um de seus constituintes, com o agregado mineral.

Nos ensaios de adsorção, pesou-se 0,5g de agregado mineral, que consistia de uma mistura de brita 1, pedrisco, pó de pe-dra e areia, que foram britados e peneirados (100 malhas), res-peitando as normas de dosagem Marshall estabelecidas pelo DNER (DNER ME 043/95), e foram colocados em 10 tubos de centrífuga. A cada tubo adicionou-se 25mL de uma solução de concentração específi ca, sendo elas: 0,0005; 0,001; 0,0015; 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01; 0,0125; 0,015 e 0,02mg/L. A se-guir, os tubos foram agitados em mesa agitadora Shaker, marca Ika Labotechnik, modelo HS501 digital, durante quatro horas e 200r.p.m.. Após esse período o material foi centrifugado du-rante 30 minutos a 3000r.p.m, em centrífuga marca FANEM, modelo 209. Cada material sobrenadante foi analisado em es-pectrofotômetro de Ultravioleta - visível, em comprimento de onda fi xo em 402nm.

Com isso, pôde-se obter os valores de absorbância após a adsor-ção nos agregados minerais. De posse destes valores e de ca-

15

da equação de reta, pôde-se obter os valores das concentra-ções fi nais e conseqüentemente das adsorções que cada CAP ou seu constituinte teve com o agregado mineral. Com esse experimento foi possível classifi car qual dos constituintes do cimento asfáltico, asfalteno ou malteno, exerceu maior infl u-ência na adsorção com os agregados.

3.3 Caracterização dos Agregados MineraisA fi m de se atender as normas estabelecidas pelo DNER, re-alizou-se uma série de ensaios com o conjunto de agregados minerais.

3.4 Análise Química via Difração por raios-XA caracterização, via raios-X, do conjunto de agregados mine-rais foi realizada em um difratômetro de raios-X Siemens, AXS D-5005, em geometria paralela. Foram utilizados no processo de coleta dos difratogramas, varreduras de 4 a 70º, com passo de 0,01º e tempo de análise de 5s por passo.

3.5 Análise Granulométrica

A classifi cação granulométrica foi realizada a seco, por meio da separação das frações numa série de dez peneiras, marca Granutest, variando de 1⁄2” a 200 malhas série Tyler (1⁄2”, 3/8”, 4M, 8M, 16M, 30M, 50M, 80M, 100M, 200M). A torre de pe-neiras foi agitada mecanicamente por 10 minutos. Após esse tempo, o material retido em cada peneira foi pesado para que se pudesse calcular a distribuição granulométrica do agregado graúdo ou miúdo.

3.6 Abrasão (Los Angeles)O ensaio de abrasão utilizando o método Los Angeles foi rea-lizado em um moinho de bolas, marca Electra Motors Dresser, modelo 8E-64300 OJ, no qual somente os agregados graúdos foram utilizados.

3 .

MATERIAIS

E

MÉTODOS

16

Primeiramente verifi cou-se a distribuição granulométrica de cada um (brita 0 e pedrisco) e analisou-se em quais peneiras havia maior retenção de material. De posse dessa informação penei-raram-se novamente os materiais até que 2600g estivessem re-tidos nessas peneiras. O material então foi lavado e seco em estufa a 115ºC por 1 hora. Após esse tempo 2500g de cada agregado livre de poeira foi adicionado no aparelho. Este fi -cou em operação a 500r.p.m., durante 40 minutos. Após esse período todo material foi peneirado (4M ou < 2mm), sendo o retido na peneira lavado, seco e pesado.

O valor da abrasão Los Angeles pode ser obtido por meio da re-lação entre a massa inicial e a massa retida na peneira, pela seguinte regra:

Massa Inicial --- 100%Massa retida na peneira --- X%O valor da Abrasão (Los Angeles) será: Ab = 100 – X

3.7 LameralidadeEste experimento foi realizado apenas com os agregados graú-dos. Aleatoriamente 100 peças de brita e 100 peças de pedrisco foram passadas manualmente em um paquímetro a fi m de se determinar o percentual de peças alongadas, achatadas, am-bas ou nem achatadas nem alongadas.

Se as peças passassem pelo paquímetro verticalmente, seriam consideradas alongadas, se passassem horizontalmente, seriam consideradas chatas, caso passassem dos dois modos, seriam consideradas alongadas e achatadas e, por fi m, se não passas-sem de nenhuma das maneiras descritas anteriormente, seriam consideradas nem alongadas nem achatadas.

Segundo LEITE et al (2002), partículas alongadas de agregados minerais graúdos são consideradas mais adequadas para uso em pavimentação, pois não atrapalharão o processo de com-pactação como ocorre quando o predomínio nas formas é de achatadas, que travam durante o processo de compactação.

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3.8 Moldagem dos Corpos de Prova de Asfalto

Este método avalia o desempenho de misturas asfálticas quan-to à propriedade de adesividade CAP/agregado, por meio de ensaios de laboratório em amostras compactadas. O método consiste na moldagem de três corpos de prova, em compactor Marshall, modelo IK-433, para cada cimento asfáltico, com per-centual de vazios entre 6 e 8% na mistura compactada.

A preparação e os ensaios dos corpos de prova de asfalto fo-ram realizados pelo Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo A. Miguez de Mello - CENPES, constando da obten-ção do percentual de vazios e do método AASHTO T 283/89 – LOTTMAN.

3.9 Método aashto t 283/89 – lottmanO ensaio LOTTMAN, também conhecido como SUPERPAVE (Highway Research Pavement), tem sido utilizado para carac-terizar as propriedades fundamentais dos cimentos asfálticos na formação do asfalto (ASPHALT INSTITUTE,1995).

Para o ensaio LOTTMAN, foram moldados três corpos de prova para cada CAP, de acordo com o número de golpes estabele-cido anteriormente. A seguir, cada um foi submetido a um en-saio de resistência no aparelho de análise LOTTMAN, apresen-tado na fi gura 01 (LEITE, 2002).

Figura 01: Aparelho de análise LOTTMAN.

3 .

MATERIAIS

E

MÉTODOS

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O primeiro corpo de prova foi avaliado quanto à resistência à tração por compressão diametral, sem nenhum tipo de condi-cionamento. Os outros dois foram sujeitos a um processo de condicionamento especifi cado no método AASHTO T 283/89, simulando a ação do intemperismo nos corpos de prova, co-mo descrito a seguir: submeteu-se os corpos de prova imersos em água, a uma pressão de vácuo de 25,4cm a 66cm de colu-na de mercúrio por um período de cinco a dez minutos, para aumento do grau de saturação. O corpo de prova saturado foi revestido com fi lme plástico e colocado em sacos plásticos contendo aproximadamente 10mL de água.

As amostras foram resfriadas à temperatura de –18 ± 3ºC por 16 horas. Em seguida as amostras foram retiradas da refrigera-ção, sendo uma analisada imediatamente quanto à resistência à tração por compressão diametral, com o intuito de simular a infl uência dos dias extremamente frios e verifi car sua infl uên-cia na resistência à tração dos asfaltos.

A outra amostra, após o período de congelamento, foi imersa em banho à temperatura de 60 ± 1ºC por 24 horas. A amos-tra foi removida para outro banho com temperatura de 25 ± 0,5ºC por um período de 2 ± 1 hora e então posteriormente submetida ao ensaio de resistência à tração por compressão diametral, com o intuito de se observar a variação de resistên-cia à tração após variações bruscas de temperatura.

O resultado do ensaio, em percentual, foi obtido pela relação entre a média dos valores de resistência à tração dos corpos de prova submetidos previamente ao condicionamento (RC) e a resistência dos corpos de prova sem condicionamento (RSC), como apresentado na equação 1.

RR = (RC/RSC) . 100% (1)

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Figura 02: Adsorção (mg/g) dos diferentes cimentos asfálticos em função da concentração fi nal de CAP (mg/L).

4. Resultados e Discussão

4.1 Ensaios de adsorçãoA fi gura 02 apresenta os resultados da adsorção dos quatro diferentes cimentos asfálticos de petróleo, oriundos das refi -narias A, B, C e D, ao agregado mineral basáltico da região de São Carlos.

Observando a fi gura 02, constata-se uma adsorção não seletiva dos CAPs aos agregados até uma concentração fi nal em torno de 10mg/L. Após esse valor, percebe-se que os CAPs produzi-dos nas refi narias A e C apresentam maior tendência à adsor-ção com os agregados, uma vez que os valores de adsorção saltam de aproximadamente 2mg/g, em 7mg/L de CAP, para 4,5mg/g, em aproximadamente 18mg/L de CAP.

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Os CAPs produzidos nas refi narias B e D não apresentam uma boa adsorção como as outras duas, uma vez que seus resulta-dos não ultrapassam valores em torno de 3 e 2,5mg/L respec-tivamente, em aproximadamente 10mg/L de CAP.

Por meio deste ensaio, pôde-se determinar que os cimentos as-fálticos produzidos nas refi narias A e C seriam mais adequados para produção de um asfalto de melhor qualidade utilizando-se o agregado da região de São Carlos. Resultados mais preci-sos só poderiam ser fornecidos após análises de resistência à tração obtidas por meio do ensaio LOTTMAN.

Um outro fator importante que deve ser analisado é a adsorção dos constituintes do cimento asfáltico, asfaltenos e maltenos, ao agregado mineral. Nas fi guras 03 e 04 estão apresentados os valores de adsorção dos mesmos com o agregado mineral, respectivamente.

Figura 03: Adsorção (mg/g) dos asfaltenos no agregado mineral em função de sua concentração (mg/L).

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Por meio das fi guras 3 e 4, pode-se verifi car que os asfaltenos exer-cem uma adsorção muito mais signifi cativa com os agregados minerais que os maltenos, uma vez que os asfaltenos apresen-tam valores em média de adsorção superiores a 4mg/g, chegan-do a valores em torno de 6,5mg/g. Já os maltenos apresentam valores de adsorção extremamente baixos, atingindo no máxi-mo valores em torno de 0,44mg/g, indicando que os mesmos apresentam pouca afi nidade com os agregados minerais.

A maior afi nidade dos asfaltenos com os agregados minerais está possivelmente relacionada com a interação dos grupos polares das moléculas de asfaltenos com os grupos polares da superfí-cie sólida do agregado (GONZÁLEZ, 1987).

Analisando-se esses resultados, verifi cou-se que a presença dos maltenos na composição do cimento asfáltico atrapalha a ad-sorção dos asfaltenos com os agregados minerais, afetando as características do asfalto. Isto pôde ser observado quando se comparou os resultados obtidos na fi gura 02 com as fi guras

Figura 04: Adsorção (mg/g) dos maltenos no agregado mineral em função de sua concentração (mg/L).

4 .

RESULTADOS

E

DISCUSSÃO

22

03 e 04, uma vez que os resultados de adsorção dos cimen-tos asfálticos, que apresentam maltenos em sua composição, com os agregados, se mostraram inferiores ao obtido quando se analisou apenas os asfaltenos. Isso indica que por estarem presentes na estrutura do CAP, os maltenos atrapalham a in-teração efetiva entre asfaltenos e agregados.

Pôde-se verifi car também que, tanto para asfaltenos como mal-tenos, a classifi cação obtida foi a mesma da encontrada para os cimentos asfálticos de petróleo, uma vez que asfaltenos e maltenos oriundos das refi narias A e C adsorvem os agregados minerais em preferência aos asfaltenos e maltenos oriundos das refi narias B e D, mantendo-se assim a mesma classifi cação para as quatro refi narias em termos de adsorção dos consti-tuintes e agregados.

Resultados similares foram obtidos por GONZÁLES (1987), que estudou a adsorção de asfaltenos e resinas sobre quartzo, fel-dspato e calcita, minerais comuns nas rochas que formam os reservatórios de petróleo, e observou que os asfaltenos apre-sentam maior tendência à adsorção na superfície dos minerais que as resinas, comprovando os resultados apresentados e dis-cutidos anteriormente.

Segundo GONZÁLES (1988), as resinas apresentam menor afi ni-dade com a superfície dos minerais, contudo não há diferenças signifi cativas no comportamento de adsorção das resinas ou dos asfaltenos sobre os diferentes tipos de minerais.

Experimentos similares que comprovam os resultados apresen-tados anteriormente foram realizados por MIDDEA (1988), na adsorção de asfaltenos sobre quartzo, feldspato, calcita, caulim e esmectita, observando que as interações do material asfáltico com o mineral são inespecífi cas e que os valores de adsorção sugerem alta afi nidade entre os sítios superfi ciais do sólido e as moléculas do material asfáltico.

23

4.2 Caracterização dos Agregados MineraisO conjunto de agregados minerais, brita 1, pó de pedra, pe-drisco e areia oriundo de São Carlos foi analisado segundo en-saios estabelecidos pelo Departamento Nacional de Estradas e Rodagem – DNER. A seguir, serão apresentados os resultados desses ensaios, verifi cando-se a adequação de cada agregado segundo as normas do DNER para uso em pavimentos asfálti-cos e, conseqüentemente, para confecção de corpos de prova de asfalto para análises de resistência à tração (LOTTMAN).

4.3 Análise Química via difração de raios-XOs resultados obtidos por difração de raios-X dos agregados mi-nerais estão apresentados na tabela 01. Pode-se observar que não há Al

2O

3 sufi ciente para todo Na

2O e CaO estarem sob as

formas de seus respectivos feldspatos. Entretanto, pôde-se es-timar teores máximos de 34,5% de anortita ou 22,5% de albi-ta, sendo que quando um destes teores for alto, o outro será mais baixo, pois a restrição é o teor de Al

2O

3.

Tabela 01: Caracterização dos agregados

minerais via difração de raios-X.

ELEMENTOS QUANTIDADE (%)

SiO2

52,40

Al2O

314,54

Fe2 O

312,49

MnO 0,17

MgO 2,91

CaO 7,51

Na2O 3,08

K2O 1,69

TiO2

3,17

P2O

50,50

4 .

RESULTADOS

E

DISCUSSÃO

24

4.4 Análise GranulométricaA tabela 02 apresenta os valores da distribuição granulométri-ca de cada um dos agregados. Pôde-se observar que a brita 1 fi cou retida em maior quantidade na peneira de 1⁄2”, seguida pelo pedrisco, retido na peneira de – 3/8” + 4M. Em penúltimo encontra-se o pó-de-pedra, retido em –8M +16M e, por fi m, a areia retida em –30M +50M, indicando a boa distribuição gra-nulométrica dos agregados.

Malhas (Tyler) Brita 1(g) Pedrisco (g) Pó de Pedra (g) Areia (g)

+1/2 930,3 0,0 0,0 0,0

-1/2” + 3/8” 860,1 9,7 0,0 4,8

-3/8” + 4M 687,5 1639,9 2,3 11,2

-4M + 8M 9,2 767,5 105,1 28,2

-8M + 16M 0,2 27,1 227,4 106,4

-16M + 30M 0,0 3,2 170,9 273,2

-30M + 50M 0,1 1,4 129,3 372,7

-50M + 80M 0,3 2,3 88,2 146,9

-80M + 100M 0,1 1,4 35,1 27,4

-100M + 200M 6,3 10,5 154,5 22,8

-200M 5,7 29,5 86,6 5,0

Total 2499,8 2492,6 999,4 998,6

Tabela 02: Distribuição granulométrica dos agregados minerais.

4.5 Abrasão (Los Angeles)

Para o cálculo da abrasão (Los Angeles) utilizou-se a massa lava-da e seca de cada agregado retido na peneira (4M). Para a brita 1, o peso retido foi de 4345,3g e 3857,4g para o pedrisco.

Com base nestes valores pôde-se obter os valores de abrasão dos agregados graúdos, que estão apresentados na tabela 03. Com

25

estes resultados, observou-se que os agregados graúdos estão enquadrados às normas do DNER (ME035/98), que estabele-ce valores menores que 50% como ideais, indicando uma boa resistência ao impacto, uma vez que quanto menor os valores de abrasão, maior a resistência. Estes resultados indicam preli-minarmente que o asfalto formado por esses agregados apre-sentará, possivelmente, boa qualidade quanto à resistência ao impacto, uma vez que os valores de abrasão obtidos são con-siderados extremamente baixos, indicando o pouco desgaste que sofrem estes minerais.

Nos resultados em questão, pôde-se verifi car também que a bri-ta 1 parece ser mais resistente ao impacto do que o pedrisco, uma vez que seu valor de abrasão foi bem inferior. Quanto menor o valor da abrasão, menor o desgaste do mineral, me-nos fi nos são gerados nesse ensaio e conseqüentemente maior resistência ele terá.

Tabela 03: Valores percentuais de abrasão para os agregados graúdos.

4 .

RESULTADOS

E

DISCUSSÃO

Abrasão Los Angeles (%)

Brita 1 13,1

Pedrisco 22,8

4.6 LameralidadeOs resultados das análises de lameralidade para brita 1 e pedris-co estão apresentados na tabela 04, na qual se verifi ca que os agregados atenderam às exigências das normas estabelecidas pelo DNER, uma vez que, para os dois agregados em estudo, o maior percentual das formas apresentado foi para caracte-rísticas alongadas.

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Esses resultados indicam que os agregados provavelmente não causarão problemas futuros na compactação do asfalto, já que não se observou a presença de partículas achatadas, que cos-tumam causar esse tipo de problema durante a confecção do asfalto.

Tabela 04: Percentual de partículas alongadas e/ou achatadas para os agregados graúdos.

4.7 Moldagem dos Corpos de Prova de Asfalto

VERIFICAÇÃO DO NÚMERO DE GOLPES DE CADA CORPO DE PROVA

As tabelas 05, 06, 07 e 08 apresentam os números de golpes que foram necessários em cada corpo de prova, para cada cimento asfáltico, até que se obtivesse o percentual de vazios entre 6 e 8% na mistura compactada, mantendo-se a distribuição dos agregados e cimento asfáltico constantes como estabelecido nas normas do DNER (DNER ME 043/95).

Por meio dos resultados obtidos, verifi ca-se que o número de gol-pes fi nais a serem dados nos corpos de prova de asfalto para o ensaio AASHTO T 283/89 – LOTTMAN foram os seguintes: 14 golpes para o CAP oriundo da refi naria de A (este CAP apresen-tou dois valores possíveis de golpes a serem utilizados, 14 ou

Características Brita 1 Pedrisco

Alongadas (%) 43 56

Achatadas (%) 0 0

Nem achatadas nem alongadas (%)

40 31

Ambas (%) 17 13

Total (%) 100 100

27

Nº de golpes 10 15 14 13

Peso Seco (g) 1168,5 1165,9 1136,9 1160,2

Peso Imerso (g) 668,4 681,2 652,1 668,4

Peso Úmido (g) 1170,6 1166,8 1138,4 1162,1

% Vazios obtidos 8,69 6,00 7,81 8,36

Tabela 05: Números de golpes obtidos para o CAP A.

Nº de golpes 20 30 50 15 12

Peso Seco (g) 1158,7 1156,7 1173,9 1166,2 1173,9

Peso Imerso (g) 680,8 684,1 701,8 682,8 679,2

Peso Úmido (g) 1159,1 1157,1 1174,3 1167,9 1175,2

% Vazios obtidos 5,11 4,21 2,68 5,58 7,13

Tabela 06: Números de golpes obtidos para o CAP B.

4 .

RESULTADOS

E

DISCUSSÃO

15, que apresentaram percentuais de vazios de 7,81 e 6,0% res-pectivamente, porém optou-se por 14 golpes, pois o percentual de vazios estava mais bem enquadrado na faixa estabelecida), 12 golpes para o CAP oriundo da refi naria B, 13 golpes para o CAP C e, por fi m, 15 golpes para o CAP D. Pode-se verifi car um valor bastante similar para todos os números de golpes a serem dados nos corpos de prova de asfalto para obtenção do percentual de vazios estabelecidos pelo DNER.

28

MÉTODO AASHTO T 283/89 – LOTTMAN

A tabela 09 apresenta os valores de resistência à tração ob tidos pelos corpos de prova antes e após a simulação do intemperismo.

Pode-se verifi car que os valores de resistência à tração após o intem perismo dos corpos de prova confeccionados com os CAPs oriundos de B e D sofreram bruscas variações, indicando a diminuição de resistência à tração após variações de temperatura.

Resultados opostos foram observados com os outros dois corpos de prova, confeccionados com CAPs A e C, indicando que estes não apresentaram diminuição de resistência à tração frente às variações de temperatura, sendo um fator benéfi co aos cor-pos de prova, uma vez que os valores de resistência aumenta-

Tabela 08: Números de golpes obtidos para o CAP D.

Nº de golpes 20 15 23 25

Peso Seco (g) 1172,9 1165,0 1161,0 1164,0

Peso Imerso (g) 680,5 679,6 679,6 681,0

Peso Úmido (g) 1174,3 1166,7 1166,7 1165,9

% Vazios obtidos 9,44 7,37 9,07 8,07

Nº de golpes 20 30 50 15 13

Peso Seco (g) 1172,4 1173,5 1153,1 1173,9 1168,8

Peso Imerso (g) 692,0 694,5 684,2 686,6 677,8

Peso Úmido (g) 1173,0 1174,1 1153,6 1174,9 1169,8

% Vazios obtidos 4,78 4,41 4,05 5,92 7,12

Tabela 07: Números de golpes obtidos para o CAP C.

29

ram em ambos os casos. Preliminarmente, pode-se dizer que estes dois CAPs são os mais adequados para produção de as-falto com agregados oriundos da Região de São Carlos, porém uma conclusão fi nal só poderá ser defi nida após a análise da razão de resistência.

CAPs A B C D

Resistência à tração sem condicionamento (RSC) (N)

1303 1377 2029 1346

Resistência à tração após condicionamento (RC) (N)

1492 957 2124 1003

Tabela 09: Resistência à tração antes e após simulação de intemperismo (LEITE et al, 2002).

4 .

RESULTADOS

E

DISCUSSÃO

Os valores da razão de resistência à tração dos corpos de prova após condicionamento e sem condicionamento estão apresen-tados na tabela 10. É sabido (FRANQUET, 1999) que quanto maior o valor da razão de resistência, maior tração o asfalto produzido suportará.

Pode-se verifi car que os maiores resultados foram obtidos pelos asfaltos confeccionados com os CAPs oriundos das refi narias A e C, porém o asfalto confeccionado com o CAP A apresentou um valor 10% maior que o C, sendo considerado o mais ade-quado para utilização como pavimento asfáltico, utilizando-se o agregado de São Carlos.

HICKS (1991) relatou que para índice mínimo de 70% da razão de resistência retida, a mistura asfáltica pode ser considerada adequada quanto à adesividade, entretanto o valor mínimo segundo as especifi cações SUPERPAVE (DNER) é de 80%.

Considerando tais informações, pode-se assegurar que os CAPs B e D não estão adequados em gerar asfaltos de qualidade com os agregados em estudo, diferentemente do que ocorre com os demais CAPs.

30

Verifi cou-se também que a classifi cação obtida por meio dos en-saios de resistência à tração foi exatamente igual à obtida nos ensaios de adsorção apresentados anteriormente, confi rman-do-se assim que o ensaio proposto de adsorção é confi ável e defi ne com clareza o CAP ou os CAPs que melhor se adsorve, ou se adsorvem, com os agregados. Em ambos os resultados o cimento asfáltico oriundo da refi naria A apresentou melhor desempenho, seguido por C, D e B.

A B C D

Razão de resistência à tração (%) 114,46 69,49 104,64 74,54

Tabela 10: Valores das razões de resistência à tração (%) dos cimentos asfálticos.

31

5. Conclusões

O estudo da interação entre cimentos asfálticos e seus constituin-tes, asfaltenos e maltenos, com agregados minerais na forma-ção do asfalto indicou que os asfaltenos são os responsáveis principais pela adsorção CAP-agregado e que a presença dos maltenos atrapalha tal adsorção. Isto foi verifi cado quando os constituintes foram analisados individualmente, e os mesmos apresentaram características opostas de adsorção, sendo de valores ótimos para os asfaltenos e péssimos para os maltenos. Quando se analisou a adsorção entre CAP e agregado mine-ral, verifi cou-se que seus resultados se encontravam abaixo dos obtidos com asfaltenos e acima dos obtidos pelos maltenos, indicando que a presença de um deles, no caso os maltenos, impede o processo de adsorção.

Os ensaios de adsorção serviram também para classifi car os dife-rentes cimentos asfálticos quanto ao melhor desempenho de adsorção. Pôde-se concluir que o CAP A apresentou os melho-res resultados de adsorção, indicando preliminarmente ser o CAP mais adequado para formação do asfalto de melhor qua-lidade, com o agregado mineral de São Carlos.

Quanto aos estudos dos agregados minerais, pôde-se concluir que todos se enquadraram às normas estabelecidas pelo DNER, podendo ser utilizados seguramente na confecção de corpos de prova de asfaltos.

Por meio dos ensaios de resistência à tração LOTTMAN, pôde-se concluir que a classifi cação obtida foi coincidente com os en-saios de adsorção. Com isso, estes resultados validaram o en-saio de adsorção, caracterizando-o como adequado para aná-lises entre CAPs e agregados minerais.

Conclui-se que o CAP A é o mais adequado para formar um as-falto de qualidade, utilizando-se o agregado oriundo de São Carlos. Provavelmente este asfalto apresentará condições ideais de uso, uma vez que seus resultados de adsorção e resistência à tração foram os que apresentaram melhor desempenho.

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